PUENTES DE MEDICIÓN
Las mediciones de precisión de los valores de los componentes se realizan mediante uso de los puentes. Dependiendo del tipo de componente y de las características del mismo las mediciones se efectúan con el uso de un puente en particular.
PUENTES DE CONTINUA
PUENTE DE WHEATSTONE
El puente tiene 4 ramas resistivas, una fuente de alimentación y un detector de cero. Generalmente un galvanómetro u otro medidor sensible a la corriente. La corriente a través del galvanómetro depende de las diferencia de potenciales entre los puntos c y d. Se dice que el puente estaba balanceado (o en equilibrio) cuando la diferencia de potenciales a través del galvanómetro es de cero volts, de forma que no hay paso de corriente a través de él.
Por lo tanto el equilibrio se logra cuando:
Uca = Uda o Ucb = Udb.
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| Puente de wheatstone |
En consecuencia:
I1.R1= I2.R2
Si la corriente del galvanómetro es cero:
I1=I3=E / (R1+R3)
I2=Ix=E / (R2+Rx)
Al combinar estas dos últimas ecuaciones, simplificando y despejando Rx se obtiene:
Rx=R3.(R2/R1)
La resistencia R3 se denomina resistencia patrón del puente, y las resistencias R1y R2 se las nombra ramas de relación. La resistencia Rx es la resistencia a determinar. El puente Wheatstone se emplea en mediciones de precisión de resistencia desde 1 [Ω] hasta varios [MΩ], la fuente principal de errores de medición se encuentra en los errores límites de las 3 resistencias conocidas.
Para medir resistencias bajas se usa el puente de kelvin que a continuación desarrollamos.
En la siguiente imagen podemos observar un entrenador diseñado explicitamente para estudiar el funcionamiento del puente de wheatstone
En la siguiente imagen podemos observar un entrenador diseñado explicitamente para estudiar el funcionamiento del puente de wheatstone
En el siguiente link se encuentra disponible una calculadora que nos permite encontrar el voltaje de salida con solo ingresar los valores de las resistencias y el voltaje de entrada en los espacios indicados.
PUENTE DE KELVIN
El puente de Kelvin es una modificación del puente de Wheatstone y proporciona un gran incremento de la exactitud de las mediciones de resistencias de valor bajo, por lo general inferiores a 1 [Ω].
El puente de Kelvin es una modificación del puente de Wheatstone y proporciona un gran incremento de la exactitud de las mediciones de resistencias de valor bajo, por lo general inferiores a 1 [Ω].
En donde RY representa la resistencia del alambre de conexión de R3 a Rx. El Galvanómetro se puede conectar al punto m o al punto n.
Cuando se conecta al punto m: RY se suma a Rx.
Cuando se conecta al punto n: RY se suma a R3.
Si se conecta el galvanómetro a p, la razón de la resistencia de n a p y de m a p iguala la razón de las resistencias de R1 y R2.
Rnp / Rmp= R2 / R1
Rx + Rnp= (R2 / R1)(R3 + Rmp)
A partir de las dos últimas ecuaciones Rx nos da:
Rx =R3R1/R2
En la siguiente imagen podremos observar un entrenador diseñado para estudiar los valores principales de trabajo de resistencias desconocidas.
PUENTE DOBLE DE KELVIN O THOMPSON
El término doble se debe a que el circuito tiene un segundo juego de ramas de relación. Se utiliza para medir resistencias menores a 1[Ω].
Las resistencias Rx y Rp (resistencias desconocido y patrón respectivamente), son resistencias de 4 terminales, construcción que se emplea para Shunt y patrones de resistencias.
La resistencia de 4 terminales tiene 2 pares de bornes, es decir dos bornes
de tensión (bornes superiores) y dos bornes de corriente (bornes inferiores).
El equilibrio se cumple:
I1 = I2 ; I3 = I4 ; Ix = Ip
I1.R1 = IxRx + I3R3
2R2 = IpRp + I4R4
Resolviendo estas ecuaciones obtenemos:
RX = (R1 / R2)RP + (I3 / IX)R1[(R1 / R2) - (R3 / R4)]
Haciendo: (R1 / R2) = (R3 / R4), la expresión para Rx nos queda:
Rx=Rp(R1 / R2)
PUENTES DE ALTERNA
El puente de c.a. es una consecuencia del puente de c.d. y su forma básica consiste en un puente de 4 ramas, una fuente de excitación y un detector de cero. Las diferencias fundamentales con respecto al puente de continua son: La fuente de excitación suministra un volteje de c.a. con la frecuencia deseada. El detector de cero debe responder a las corrientes de equilibrio de c.a. (el dispositivo mas económico y efectivo consiste en un par de audífonos, también puede consistir en un amplificador de c. a. con un medidor de salida, etc.) El equilibrio del puente se logra cuando la corriente por el detector es cero o
indica corriente nula. Esto se logra variando una o más de las ramas del puente.
La condición de equilibrio se logra de igual forma que en el caso de los puentes de continua, con la diferencia de que en las ramas en vez de resistencias tenemos impedancias, las cuales tendrán un modulo y una fase. En condición de equilibrio tenemos:
Z1*Zx = Z2*Z3
De donde podemos ver que los productos de las impedancias serán iguales si se cumplen las siguientes dos condiciones:
|Z1||Zx|=|Z2||Z3|
(los productos de las ramas de los módulos opuestos deben ser iguales.)
θ1 + θx = θ3 + θ2
(la suma de los ángulos de fase de las ramas opuestas deben ser iguales.)
Cuando utilizamos notación compleja (Z= R + jB), la condición de equilibrio se logra cuando se cumple las siguientes condiciones simultáneamente: La parte real del primer producto es igual a la parte real de segundo producto La parte imaginaria del primer producto es igual a la parte imaginaria del segundo producto.
Se utiliza para medir una inductancia desconocida en término de una capacitancia y resistencias conocida, de Q medio o Bajo. El circuito es el siguiente:
El siguiente es un entrenador que nos permite encontrar el valor de inductancia desconocida.
PUENTE DE HAY
Se utiliza para medir una inductancia desconocida en término de una capacitancia y resistencias conocidas. Como resulta fácil hacer R1, este puente se utiliza para medir bobinas de “Q” altos (Q ≥ 10).El circuito es el siguiente:
PUENTE DE OWEN
Este puente se utiliza para medir el valor de una inductancia desconocida con bajo “Q” .El circuito es el siguiente:
Este puente se utiliza para medir el valor de una inductancia desconocida con bajo “Q” .El circuito es el siguiente:
PUENTE DE SHERING
Este puente se utiliza para medir valores de capacitancia desconocidas, cuyo factor de pérdida “D” es bajo. El circuito es el siguiente:
Este puente se utiliza para medir valores de capacitancia desconocidas, cuyo factor de pérdida “D” es bajo. El circuito es el siguiente:
El siguiente es un entrenador que nos permite encontrar el valor de la capacitancia variable
En el siguiente link hay informacion adicional acerca de los entrenadores mencionados anteriormente
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